电磁透镜和像差哪些因素会影响扫描电镜的分辨率

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材料科学：材料分析测试技术考试卷及答案（最新版）考试时间：120分钟考试总分：100分遵守考场纪律，维护知识尊严，杜绝违纪行为，确保考试结果公正。

1、问答题简述X 射线产生的基本条件。

本题答案： 2、问答题测角仪在采集衍射图时，如果试样表面转到与入射线成300角，则计数管与入射线所成角度为多少？能产生衍射的晶面，与试样的自由表面是何种几何关系？本题答案： 3、单项选择题洛伦兹因子中，第二几何因子反映的是（）A 、晶粒大小对衍射强度的影响 B 、参加衍射晶粒数目对衍射强度的影响 C 、衍射线位置对衍射强度的影响 D 、试样形状对衍射强度的影响本题答案： 4、问答题你如何用学过的光谱来分析确定乙炔是否已经聚合成了聚乙炔？本题答案： 5、问答题说明多晶、单晶及厚单晶衍射花样的特征及形成原理。

姓名：________________ 班级：________________ 学号：________________ --------------------密----------------------------------封 ----------------------------------------------线----------------------本题答案：6、问答题什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”？本题答案：7、问答题你如何用学过的光谱来分析确定乙炔是否已经聚合成为聚乙炔？本题答案：8、问答题球差、像散和色差是怎样造成的？如何减小这些像差？哪些是可消除的像差？本题答案：9、问答题假定需要衍射分析的区域属于未知相，但根据样品的条件可以分析其为可能的几种结构之一，试根据你的理解给出衍射图标定的一般步骤。

本题答案：10、问答题试述X射线衍射单物相定性基本原理及其分析步骤？本题答案：11、单项选择题由于电磁透镜中心区域和边缘区域对电子折射能力不同而造成的像差称为（）A、球差B、像散C、色差D、背散本题答案：12、问答题试总结德拜法衍射花样的背底来源，并提出一些防止和减少背底的措施。

现代材料分析测试技术材料分析测试技术-1

球差是像差影响电磁透镜分辨率的主要因素，它还不能象光学透镜那样通过凸透镜、凹透镜的组合设计来补偿或矫正。
据说日本电子已经制造了带球差校正器的透射电镜，但一个球差校正器跟一台场发射透射电镜的价格差不多。
TEM Cs Corrector
Un-corrected
Corrected
No Fringe
什么原因导致这样的结果呢？原来电磁透镜也和光学透镜一样，除了衍射效应对分辨率的影响外，还有像差对分辨率的影响。由于像差的存在，使得电磁透镜的分辨率低于理论值。电磁透镜的像差包括球差、像散和色差。
一、球差
球差是因为电磁透镜的中心区域磁场和边缘区域磁场对入射电子束的折射能力不同而产生的。离开透镜主轴较远的电子（远轴电子）比主轴附近的电子（近轴电子）被折射程度大。
原来的物点是一个几何点，由于球差的影响现在变成了
半径为ΔrS的漫散圆斑。我们用ΔrS表示球差大小，计
算公式为：

rS

1 4
C
s
3
（1-10）
式中 Cs表示球差系数。通常，物镜的球差系数值相当于它的焦距大小，
约为1-3mm,α为孔径半角。从式（1-10）中可以看出，减小球差可以通过减小球差系数和孔径半角来实现。
引起电子能量波动的原因有两个，一是电子加速电压不稳，致使入射电子能量不同；二是电子束照射试样时和试样相互作用，部分电子产生非弹性散射，致使能量变化。
最小的散焦斑RC。同样将RC折算到物平面
上，得到半径为ΔrC 的圆斑。色差ΔrC由下式来确定：
rC
Cc

E E
（1-12）
更短的波长是X射线。但是，迄今为止还没有找到能使X 射线改变方向、发生折射和聚焦成象的物质，也就是说还没有X射线的透镜存在。因此X射线也不能作为显微镜的照明光源。

中南大学透射电镜 X射线考试必备资料——电镜最后三十题题库

透射电镜主要由几大系统构成? 各系统之间关系如何?答：四大系统:电子光学系统,真空系统,供电控制系统,附加仪器系统。

其中电子光学系统是其核心。

其他系统为辅助系统。

透射电镜中有哪些主要光阑? 分别安装在什么位置? 其作用如何? 答：主要有三种光阑：①聚光镜光阑。

在双聚光镜系统中,该光阑装在第二聚光镜下方。

作用:限制照明孔径角。

②物镜光阑。

安装在物镜后焦面。

作用: 提高像衬度；减小孔径角，从而减小像差；进行暗场成像。

③选区光阑:放在物镜的像平面位置。

作用: 对样品进行微区衍射分析。

什么是消光距离? 影响晶体消光距离的主要物性参数和外界条件是什么? 答：消光距离:由于透射波和衍射波强烈的动力学相互作用结果，使I 0和Ig 在晶体深度方向上发生周期性的振荡，此振荡的深度周期叫消光距离。

影响因素:晶胞体积,结构因子,Bragg 角,电子波长。

时，即只有倒易点阵原点在爱?答：（1）由以下的电子衍射图可见θ2tg L R ⋅=∵ 2θ很小，一般为1~20 ∴ θθsin 22=tg （θθθθθθ2cos cos sin 22cos 2sin 2==tg ）由 λθ=sin 2d 代入上式dl L R λθ=⋅=sin 2即 λL Rd = ， L 为相机裘度这就是电子衍射的基本公式。

令 k l =λ 一定义为电子衍射相机常数kg dkR ==（2）、在0*附近的低指数倒易阵点附近范围，反射球面十分接近一个平面，且衍射角度非常小 <10，这样反射球与倒易阵点相截是一个二维倒易平面。

这些低指数倒易阵点落在反射球面上，产生相应的衍射束。

因此，电子衍射图是二维倒易截面在平面上的投影。

（3）这是因为实际的样品晶体都有确定的形状和有限的尺寸，因而，它的倒易点不是一个几何意义上的点，而是沿着晶体尺寸较小的方向发生扩展，扩展量为该方向实际尺寸的倒数的2倍。

单晶电子衍射花样的标定有哪几种方法？图1是某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样，请以尝试—校核法为例，说明进行该电子衍射花样标定的过程与步骤。

材料复习题

材料现代分析复习题一、填空题1、影响透射电镜分辨率的因素主要有：衍射效应和电镜的像差（球差、像散、色差）等。

2、透射电子显微镜的照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。

它的作用是提供一束亮度高、照明孔经角小、平行度好、束流稳定的照明源。

它应满足明场和暗场成像需求。

3、透射电子显微镜的成像系统主要是由物镜、中间镜和投影镜组成。

4、当X射线管电压超过临界电压就可以产生特征谱X射线和连续谱X射线。

5、X射线与物质相互作用可以产生散射、入射、透射、吸收6、经过厚度为H的物质后，X射线的强度为I H=I0exp(-μH)。

7、X射线的本质既是高频率不可见《光》,也是电磁波，具有波粒二象性。

8、短波长的X射线称硬X射线，常用于衍射分析；长波长的X射线称软X射线，常用于荧光分析。

9、德拜相机有两种，直径分别是57.3 和Φ114.6 mm。

测量θ角时，底片上每毫米对应 2 º和1º。

10、衍射仪的核心是测角仪圆，它由试样台、辐射源和探测器共同组成。

11、可以用作X射线探测器的有正比计数器、闪烁计数器和SiLi半导体探测器等12、影响衍射仪实验结果的参数有狭缝宽度、扫描速度和时间常数等。

13、X 射线物相分析包括定性分析和定量分析，而定性分析更常用更广泛。

14、第一类应力导致X 射线衍射线峰线偏移（衍射线条位移）；第二类应力导致衍射线峰线宽化(线条变宽)；第三类应力导致衍射线衍射强度降低。

15、X 射线物相定量分析方法有内标法、外标法、无标样法等。

16、TEM 中的透镜有两种，分别是磁透镜和电透镜。

17、TEM 中的三个可动光栏分别是第二聚光镜光栏位于第二聚光镜焦点上，物镜光栏位于物镜的背焦面上，选区光栏位于。

18、TEM 成像系统由物镜、中间镜和投影镜与样品室构成组成。

19、TEM 的主要组成部分是照明系统、成像系统和观察记录系统；辅助部分由真空系统、循环冷却系统和控制系统组成。

电磁透镜的像差及其对分辨率的影响

列文虎克镜（ 100-300 × ）
复式镜
即使光学透镜组合被制作得无可挑剔，分辨率最多也只能达到光波长的一半。自然光的平均波长为0.55μm，这就是为什么光学显微镜最多只能分辨0.275μm的细节
Rayleigh公式计算：
式中λ 为照明光源的波长，n为介质的相对折射系数，α 为显微镜的孔径半角。
色差
由于色差引起的散焦斑半径折算到原物平面后的表达式为：
Cc是透镜的色差系数，取决于加速电压的稳定性。 Δe/e是电子束能量的变化率。
因此使用薄试样和小孔径光阑将散射角大的非弹性散射电子挡掉，将有助于减小色散。稳定加速电压和透镜电流也可以减小色差。
像差对分辨率的影响
在像差中，像散是可以消除的；而色差对分辨率的影响相对球差来说，要小得多。所以像差对分辨率的影响主要来自球差。
不同加速电压下的电子波长（经相对论校正）
电磁透镜的缺陷：像差球差
像散
几何像差像差色差
电子束的波长比可见光小5个数量级，透射电子显微镜的分辨率理论上为0.002nm，但实际电镜的分辨率远远达不到上述指标，为什么？
球差
球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的，其中离开透镜主轴较远的电子比主轴附近的电子折射程度过大。
如上图所示，电子波经过透镜成像时，离开透镜主轴较远的电子(远轴电子)比主轴附近的电子(近轴电子)被折射程度要大。当物点P通过透镜成像时，电子就不会会聚到同一焦点上，从而形成了一个散焦斑。
球差
若设最小散焦斑的半径为rs，透镜的放大倍数为m，其折算到物平面上，其大小为
显然，物平面上两点的距离小于2△rs时，则该透镜不能分辨，即在像平面上得到一个点，因此， △rs 表示球差的大小。

材料分析方法试题及答案02

材料现代分析方法试题2（参考答案）一、基本概念题（共10题，每题5分）1．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片？答：实验中选择X射线管的原则是为避免或减少产生荧光辐射，应当避免使用比样品中主元素的原子序数大2~6（尤其是2）的材料作靶材的X射线管。

选择滤波片的原则是X射线分析中，在X射线管与样品之间一个滤波片，以滤掉Kβ线。

滤波片的材料依靶的材料而定，一般采用比靶材的原子序数小1或2的材料。

分析以铁为主的样品，应该选用Co或Fe靶的X射线管，它们的分别相应选择Fe和Mn为滤波片。

2．下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序重新排列：（12），（100），（200），（11），（121），（111），（10），（220），（130），（030），（21），（110）。

答：它们的面间距从大到小按次序是：（100）、（110）、（111）、（200）、（10）、（121）、（220）、（21）、（030）、（130）、（11）、（12）。

3．衍射线在空间的方位取决于什么？而衍射线的强度又取决于什么？答：衍射线在空间的方位主要取决于晶体的面网间距，或者晶胞的大小。

衍射线的强度主要取决于晶体中原子的种类和它们在晶胞中的相对位置。

4．罗伦兹因数是表示什么对衍射强度的影响？其表达式是综合了哪几方面考虑而得出的？答：罗仑兹因数是三种几何因子对衍射强度的影响，第一种几何因子表示衍射的晶粒大小对衍射强度的影响，罗仑兹第二种几何因子表示晶粒数目对衍射强度的影响，罗仑兹第三种几何因子表示衍射线位置对衍射强度的影响。

5．磁透镜的像差是怎样产生的? 如何来消除和减少像差?答：像差分为球差,像散,色差.球差是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的. 增大透镜的激磁电流可减小球差.像散是由于电磁透镜的周向磁场不非旋转对称引起的.可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿.色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的. 稳定加速电压和透镜电流可减小色差.6．别从原理、衍射特点及应用方面比较X射线衍射和透射电镜中的电子衍射在材料结构分析中的异同点。

电子显微学考试

第一章复习题：1.什么是轴对称场？为什么电子只有在轴对称场中才被聚焦成像？所谓轴对称场，是指在这种场中，电位的分布对系统的主光轴具有旋转对称性。

非旋转对称磁场在不同方向上对电子的汇聚能力不同，因此不能将所有电子汇聚在轴上的同一点，会发生象散。

2.磁透镜的象散是怎样形成的？如何加以矫正？像散是由于透镜磁场的非旋转对称而引起的。

极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因，都会使电磁透镜的磁场产生椭圆度。

透镜磁场的这种非旋转对称，使它在不同方向上的聚焦能力出现差别，结果使物点P通过透镜后不能在像平面上聚焦成一点。

像散可通过消像散器补偿。

3.什么是透镜畸变？为什么电子显微镜进行低倍率观察时会产生畸变？如何矫正？透镜的畸变是由球差引起的，像的放大倍数将随离轴径向距离的加大而增加或减小。

当透镜作为投影镜时，特别在低放大倍数时更为突出。

因为此时在物面上被照射的面积有相当大的尺寸，球差的存在使透镜对边缘区域的聚焦能力比中心部分大。

反映在像平面上，即像的放大倍数将随离轴径向距离的加大而增加或减小。

可以通过电子线路校正：使用强励磁，使球差系数Cs显著下降；在不破坏真空的情况下，根据放大率选择不同内径的透镜极靴；使用两个投影镜，使其畸变相反，以消除。

4.TEM的主要结构，按从上到下列出主要部件1）电子光学系统——照明系统、图像系统、图像观察和记录系统；2）真空系统；3）电源和控制系统。

电子枪、第一聚光镜、第二聚光镜、聚光镜光阑、样品台、物镜光阑、物镜、选区光阑、中间镜、投影镜、双目光学显微镜、观察窗口、荧光屏、照相室。

5. TEM和光学显微镜有何不同？光学显微镜用光束照明，简单直观，分辨本领低（0.2微米），只能观察表面形貌，不能做微区成分分析；TEM分辨本领高（1A）可把形貌观察，结构分析和成分分析结合起来，可以观察表面和内部结构，但仪器贵，不直观，分析困难，操作复杂，样品制备复杂。

衍射效应和像差对分辨率的影响

以日本JEOL的JEM-2100透射电镜为例，其加速电压达200KV，电子波波长0.00251nm，若分辨率是波长的一半，那么它的分辨率应该是0.00125nm；实际上JEM-2100透射电镜的点分辨率是0.19nm，与理论分辨率相差约150倍。

像差对分辨率的影响

由于像差的存在，使得电磁透镜的分辨率大大低于理论值。电磁透镜的像差包括球差、像散和色差。像散是可以消除的像差。色差对分辨率的影响不大，可以控制。球差是像差影响电磁透镜分辨率的主要因素。
0.61 r0 0.61 n sin

孔径半角 α 对衍射效应限定的分辨率和球差限定的分辨率的影响是相反的。提高孔径半角 α 可以提高分辨率 Δr0 ，但却大大降低了ΔrS 。透镜的分辨率由各种因素限定的分辨率中最差的那个决定。
衍射效应和球差造成的分辨率

球差

球差是因为电磁透镜近轴区域磁场和远轴区域磁场对电子束的折射能力不同而产生的。物点是一个几何点，由于球差的影响变成半径为RS的漫散圆斑。我们用ΔrS（折算到物平面的半径）表示球差大小，计算公式为： R 1 3
rS C M 4 s
S
透镜像平面1 物平面近轴电子
像平面2
衍射效应限定的分辨率
S1 S2 可分辨 100% S1 S2 81% 恰可分辨
S1 S2
不可分辨
衍射效应限定的分辨率时，两个像点的距离刚好等于R0 。则由衍射效应限定的透镜的分辨率Δr0恰好是物平面上对应的两个物点之间的距离：
r0 R0 0.61 M n sin
衍射效应和像差对分辨率的影响
选自第七章：电子光学基础第2节:电磁透镜的像差与分辨本领

扫描电镜的分辨率问题

扫描电镜的分辨率问题
廖乾初
【期刊名称】《电子显微学报》
【年(卷),期】1993(000)002
【摘要】本文系统地探讨了扫描电镜的理论分辨率,实际显微观察的分辨率,以及对商品扫描电镜的分辨率测量和验收等问题。

一、扫描电镜的理论分辨率扫描电镜的成象特点是利用入射电子与物质相互作用所产生的信息来成象,故扫描电镜的理论分辨率主要由电子束斑的直径来决定,电子束斑的直径愈小,相应扫描电镜可能达到的分辨率也愈高。

但电子束斑的直径受着如下两个因素的影响:1.扫描电镜的物镜存在着象差;
【总页数】1页(P170)
【作者】廖乾初
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN16
【相关文献】
1.S-530扫描电镜分辨率下降维修一例 [J], 常嗣和
2.页岩储层矿物的高分辨率扫描电镜和能谱仪分析 [J], 卢萍;程涌;张金梁;聂琪;文义明
3.新型扫描电镜分辨率的蒙特卡罗模拟 [J], 蒋昌忠
4.提高扫描电镜能谱空间分辨率的方法研究 [J], 任小明;蔡志伟
5.提高热场扫描电镜能谱空间分辨率的方法研究 [J], 黎爽;邓平晔
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(完整版)材料分析测试技术部分课后答案

材料分析测试技术部分课后答案太原理工大学材料物理0901 除夕月1-1 计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X-射线的振动频率和能量。

ν=c/λ=3*108/(0.071*10-9)=4.23*1018S-1E=hν=6.63*10-34*4.23*1018=2.8*10-15 Jν=c/λ=3*108/(0. 154*10-9)=1.95*1018S-1E=hν=6.63*10-34*2.8*1018=1.29*10-15 J1-2 计算当管电压为50kV时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能.E=eV=1.602*10-19*50*103=8.01*10-15 Jλ=1.24/50=0.0248 nm E=8.01*10-15 J(全部转化为光子的能量)V=(2eV/m)1/2=(2*8.01*10-15/9.1*10-31)1/2=1.32*108m/s1-3分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？（1）用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；（2）用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；（3）用CuKαX射线激发CuLα荧光辐射。

答：根据经典原子模型，原子内的电子分布在一系列量子化的壳层上，在稳定状态下，每个壳层有一定数量的电子，他们有一定的能量。

最内层能量最低，向外能量依次增加。

根据能量关系，M、K层之间的能量差大于L、K成之间的能量差，K、L层之间的能量差大于M、L层能量差。

由于释放的特征谱线的能量等于壳层间的能量差，所以Kß的能量大于Ka 的能量，Ka能量大于La的能量。

因此在不考虑能量损失的情况下：CuKa能激发CuKa荧光辐射；（能量相同）CuKß能激发CuKa荧光辐射；（Kß>Ka）CuKa能激发CuLa荧光辐射；（Ka>la）1-4 以铅为吸收体，利用MoKα、RhKα、AgKαX射线画图，用图解法证明式（1-16）的正确性。

扫描电镜成像相关因素的分析

扫描电镜成像相关因素的分析扫描电镜成像影响因素的分析摘要根据日立S—3000N型扫描电镜的成像特点,分析其影响成像质量的相关因素,从样品及样品制备工艺、电子光学系统、真空系统、信号接收处理显示系统等方面进行分析,并对其成像相关因素和图像的的处理方法进行讨论。

关键词扫描电镜样品制备电子光学系统真空系统信号接收处理显示系统扫描电镜以其样品制备简单、快捷、图像视野大、景深长,测量数据精确、可靠的优势,已成为教学、科研不可缺少的手段。

但它是集光、机、电于一体的高精尖仪器,结构复杂,影响电镜成像的因素较多,这给人们借助扫描电镜得到能充分反映物质原貌、层次清晰、立体感强、分辨本领高的高质量图像带来了不少困难。

本文针对工作中出现的成像问题,从样品制备工艺、真空系统、电子光学系统、信号接收处理显示系统,对扫描电镜成像因素及其图像处理方法进行一些探讨。

1 样品制备工艺利用扫描电镜进行物质微观结构分析时,样品本身的形貌和样品制备工艺对成像质量将有直接的影响,故应根据样品形态和性质的不同而采用相应的制备工艺,以此提高成像质量。

扫描电镜对样品的基本要求有：○1扫描电镜的样品可以是块状、薄膜或粉末颗粒，由于是在真空中直接观察，扫描电镜对样品有一定要求。

○2对于新鲜断口或断面样品，一般不需要处理，以免破坏断口或表面的结构状态。

○3磁性样品要去磁化处理，以避免磁场对电子束的影响。

制备样品时的注意事项：(1)对于粉末或微小颗粒状试样,制样时要注意防止表面污染粘合剂而影响观察真正的细微结构,因此可先将双面导电胶带粘结在样品座上,然后将粉末状试样均匀的撒在试样架上,待粘合剂干后,再用洗耳球吹掉粘合不牢的粉末状试样。

因为日立S—3000N扫描电镜真空系统采用整个镜筒全部放气方式,预抽时抽力很大,如果不将粘合不牢的粉末状试样事先处理干净,真空系统工作后,会因电子光学系统污染而使图像扭曲、变形。

无论是导电还是非导电粉末样品，都必须进行镀膜处理。

材料分析测试技术_部分课后答案

材料分析测试技术_部分课后答案衍射仪9-1、电⼦波有何特征？与可见光有何异同？答：·电⼦波特征：电⼦波属于物质波。

电⼦波的波长取决于电⼦运动的速度和质量，=h mvλ若电⼦速度较低，则它的质量和静⽌质量相似；若电⼦速度具有极⾼，则必须经过相对论校正。

·电⼦波和光波异同：不同：不能通过玻璃透镜会聚成像。

但是轴对称的⾮均匀电场和磁场则可以让电⼦束折射，从⽽产⽣电⼦束的会聚与发散，达到成像的⽬的。

电⼦波的波长较短，其波长取决于电⼦运动的速度和质量，电⼦波的波长要⽐可见光⼩5个数量级。

另外，可见光为电磁波。

相同：电⼦波与可见光都具有波粒⼆象性。

9-2、分析电磁透镜对电⼦波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能⼒的影响。

聚焦原理：电⼦在磁场中运动，当电⼦运动⽅向与磁感应强度⽅向不平⾏时，将产⽣⼀个与运动⽅向垂直的⼒（洛仑兹⼒）使电⼦运动⽅向发⽣偏转。

在⼀个电磁线圈中，当电⼦沿线圈轴线运动时，电⼦运动⽅向与磁感应强度⽅向⼀致，电⼦不受⼒，以直线运动通过线圈；当电⼦运动偏离轴线时，电⼦受磁场⼒的作⽤，运动⽅向发⽣偏转，最后会聚在轴线上的⼀点。

电⼦运动的轨迹是⼀个圆锥螺旋曲线。

右图短线圈磁场中的电⼦运动显⽰了电磁透镜聚焦成像的基本原理：结构的影响：1）增加极靴后的磁线圈内的磁场强度可以有效地集中在狭缝周围⼏毫⽶的范围内；2）电磁透镜中为了增强磁感应强度，通常将线圈置于⼀个由软磁材料（纯铁或低碳钢）制成的具有内环形间隙的壳⼦⾥，此时线圈的磁⼒线都集中在壳内，磁感应强度得以加强。

狭缝的间隙越⼩，磁场强度越强，对电⼦的折射能⼒越⼤。

3）改变激磁电流可以⽅便地改变电磁透镜的焦距9--3、电磁透镜的像差是怎样产⽣的，如何消除和减少像差？像差有⼏何像差（球差、像散等）和⾊差球差是由于电磁透镜的中⼼区域和边沿区域对电⼦的会聚能⼒不同⽽造成的；为了减少由于球差的存在⽽引起的散焦斑，可以通过减⼩球差系数和缩⼩成像时的孔径半⾓来实现像散是由透镜磁场的⾮旋转对称⽽引起的；透镜磁场不对称，可能是由于极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因导致的。

无机非金属材料测试方法练习题

无机非金属材料测试方法一、填空题：1.试样由原子序数分别为Z1、Z2（Z1›Z2）的纯元素区域1、2构成时，电子束扫描到这两个区域时产生的背散射电子数nB1、nB2二次电子数ns1、ns2之间的关系为：、2.扫描电镜上配备的主要用于探测感兴趣的微区的。

3.扫描电子显微镜常用的信号是和。

4.球差是由于电子透镜中心区域和边缘区域（）而造成的；像散是由于（）引起的；色差是（）造成的。

二、选择题：1.X射线衍射方法以分析（）为主。

扫描电子显微镜以分析（）为主。

A.化学成分；B.物质相；C.物质的化学键；D.表面微形貌；E.有机化学组成2.在电子显微分析中，加速电压越高，得到的电子束的波长（）。

A.越长；B.越短；C.没有影响3.电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（）。

a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。

4.电子与固体相互作用可以产生各种粒子信号，下列信号对应入射电子的是( )。

A二次电子B背散射电子 C X-射线荧光 D 表面元素电离三、简答题1.（1）试说明电子束入射固体样品表面激发的主要信号、主要特点和用途。

（2）扫描电镜的分辨率受哪些因素影响? 给出典型信号成像的分辨率，并说明原因。

（3）二次电子（SE）信号主要用于分析样品表面形貌，说明其衬度形成原理。

（4）用二次电子像和背散射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处?2.磁透镜的像差是怎样产生的? 如何来消除和减少像差?3.说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？期中测试一、填空题：（19分，每空1分）1.与衍射仪法相比，劳埃法使用X射线，样品为，应用劳埃方程可以从衍射图上得到晶胞参数和晶胞内原子分布，进行晶体结构分析。

2.试样由原子序数分别为Z1、Z2（Z1›Z2）的纯元素区域1、2构成时，电子束扫描到这两个区域时产生的背散射电子数nB1、nB2二次电子数ns1、ns2之间的关系为：、。

显微分析习题

显微分析习题光学xx1.在使用高倍镜时，如果把标本片放反了，将会出观什么问题？为什么？2.在低倍镜调节焦距时。

当视野中出现了能随标本片移动而移动的颗粒或斑纹。

是否只要调节推进器将标本对准物镜中央，就一定能观察到标本的物像?为什么?高倍镜呢？3.你如何分析判断视野中所见到的污物点是在目镜上?4.使用显微镜观察标本．为什么一定要从低倍镜到高倍镜再到油镜的顺序进行?5.在转动细调螺旋时，如已达极限转不动时，你应如何解决?6.在低倍镜下已看到物像。

在转换高倍镜时却直接转换不过来，试分析可能有哪些原因?7.光学xx的分辨率受哪些因素影响？8.光学xx的成像原理是什么？9.激光共聚焦显微镜与普通显微镜相比，其特点是什么？透射电子显微镜分析1．在电镜中，电子束的波长主要取决于什么？2．什么是电磁透镜？电子在电磁透镜中如何运动？与光在光学系统中的运动有何不同？3．为什么说电磁透镜与光学透镜具有相似的光学性质？4．电磁透镜具有哪几种像差？如何产生？是否可以消除？5．什么是电磁透镜的分辨本领？主要取决于什么？为什么电磁透镜要采用小孔径角成像？6．简述镜筒的基本构造和各部分的作用。

7．聚光镜光阑、物镜光阑和选区光阑各有什么作用？8．电子与固体样品表面相互作用会产生哪几种物理信号？9．什么是弹性散射和非弹性散射？其散射角取决于什么？它们对电子显微镜的成像有何作用？10．简述非晶样品的质厚成像原理。

11．复型图像的衬度主要取决于什么？通过什么方法可以提高复型图像的衬度？12．复型技术的主要用途和局限性是什么？13．请示意画出面心立方晶体的正空间晶胞和倒空间的晶胞，标明基矢。

并画出晶带轴为r=[100]的零层倒易面(100)0*，标出各阵点的指数。

14．请用Ewald球表明在满足布拉格条件下，入射电子束、衍射束和倒易矢量g之间关系。

15．是否所有满足布拉格条件的晶面都产生衍射束？为什么？16．为什么薄晶体的衍射机会大于大块晶体？17．什么是透射电镜的有效相机常数？它与什么有关？有什么用途？18．简述选区电子衍射的原理。

智慧树答案材料分析与测试技术知到课后答案章节测试2022年

第一章1.材料被激发而产生的信号有（）。

答案:电子;光子;磁;热第二章1.特征X射线的波长仅与靶材(Z)有关，而与X射线光管的加速电压(超过激发电压)无关（）答案:对2.由布拉格方程变形而引入的干涉指数描述正确的是（）。

答案:干涉指数表示的晶面不一定存在原子3.只要结构因子不为零，那么衍射一定能够发生（）答案:错4.X射线多晶衍射仪主要组成部分包括（）。

答案:X射线强度测量处理系统;X射线发生器;测角仪5.无需加入内标物的X射线定量分析方法包括（）。

答案:直接法;任意内标法6.入射X射线的波长选择应该（）。

答案:远离吸收限7.反射球半径等于（）。

答案:波长倒数第三章1.透射电镜分辨只受像差的影响.（）。

答案:错2.选区光阑在透射电镜中的位置是（）。

答案:物镜的像平面3.电磁透镜的像差包括（）。

答案:象散;球差;几何像差;色差4.明场像是质厚衬度，暗场像是衍射衬度。

（）答案:错5.透射电子显微镜的成像系统包括（）答案:物镜;中间镜;投影镜第四章1.电子束与固体样品相互作用产生的信号中，能产生表面形貌衬度的有（）。

答案:背散射电子;二次电子2.扫描电子显微镜的分辨率的主要影响因素有（）。

答案:检测信号的种类3.扫描电镜二次电子像提供的表面形貌衬度应用极其广泛，主要包括（）。

答案:磨损及腐蚀分析;金相分析;断口分析;粉末形貌分析4.能谱仪的元素分析范围比波谱仪更大。

（）答案:错5.能谱仪可作为附件安装在扫描电子显微镜和透射电子显微镜上,进行微观组织、晶体结构和化学成分三位一体的原位分析。

（）答案:对第五章1.与光谱分析方法紧密相关的电磁辐射与物质的相互作用有（）答案:发射;吸收;散射2.光谱的定量分析方法主要有（）答案:内标法;标准加入法;标准曲线法3.光谱分析仪器的信号发生器主要有下列哪些部件构成（）答案:样品引入系统;光源;波长选择系统4.原子光谱包括（）答案:原子发射光谱;原子的X射线分析;原子吸收光谱;原子荧光光谱5.分子光谱包括（）答案:分子荧光磷光光谱;紫外可见吸收光谱;红外吸收光谱;拉曼光谱。

现代分析测试知识点2

1. 电镜的分辨率典型值： 100KV 波长 0.0037nm200KV 0.00251nm300KV 0.00197nm综上所述：提高加速电压，缩短电子波长，提高电镜分辨率；加速电压越高，对试样的穿透能力越大，可放宽对样品的减薄要求。

如用更厚样品，更接近样品实际情况。

电子波长与可见光相比，相差105量级2电磁透镜透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置是电磁透镜，磁透镜：能产生旋转对称非均匀磁场的磁极装置3像差♦球差球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的，其中离开透镜主轴较远的电子比主轴附近的电子折射程度更大。

球差最小散焦斑的半径在原物面上的折算值如下：λγ210≈∆⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧色差像散球差几何像差341αγs s C =∆由于电磁透镜的周向磁场不非旋转对称引起像散。

使用消像散器极靴内孔不园；上下极靴不同轴；极靴物质磁性不均匀；极靴污染透镜磁场的这种非旋转性对称使它在不同方向上的聚焦能力出现差别，物点P 通过透镜后不能在像平面上聚焦成一点，而是形成一散焦斑，其最小散焦斑在原物面的折算半径值如下 ♦ 色差电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。

若入射电子的能量出现一定的差别，能量大的电子在距透镜光心比较远的地方聚焦，而能量低的电子在距光心近的地方聚焦，由此产生焦距差。

像平面在远焦点和近焦点间移动时存在一最小散焦斑RC稳定电源把散焦斑的半折算到原物面的半径电磁透镜的分辨率主要由衍射效应和像差来决定. 像差决定的分辨率主要是由球差决定的4. 景深D f 焦长D L ，取 Δr0=1 nm, α=10-2～10-3rad则 D f = 200～2000nmαγ.A A f ∆=∆E E C UU C c c c ∆=⎪⎭⎫ ⎝⎛I ∆I -∆=∆ααγαα002tan 2r r D f ∆≈∆=取Δr0=1 nm, α=10-2rad ；为此，需进一步会聚成近似平行的照明来，这个任务由聚光镜实现，。

影响扫描电镜图像质量的因素分析【精选】

影响扫描电镜图像质量的因素分析摘要：本文介绍影响扫描电镜图像质量的因素及其对图像质量的影响，分别从加速电压、扫描速度和信噪比、束斑直径、探针电流、消像散校正、工作距离以及反差对比等分析图像质量的变化原因，提出提高图像质量的方法。

关键词: 扫描电子显微镜 SEM 图像质量扫描电子显微镜是（Scanning Electron Microscope,SEM）是20 世纪30 年代中期发展起来的一种多功能的电子显微分析仪器。

SEM 以其样品制备简单、图像视野大、景深长、图像立体感强，且能接收和分析电子与样品相互作用后产生的大部分信息，因而在科研和工业等各个领域得到广泛应用。

但是扫描电镜是非常精密的仪器，结构复杂，要想得到能充分反映物质形貌、层次清晰、立体感强和分辨率高的高质量图像仍然是一件非常艰难的事情，本文针对工作中出现的问题，分析影响图像质量的因素，讨论如何根据样品选择最佳观察条件。

1 加速电压扫描电镜的电子束是由灯丝通电发热温度升高，当钨丝达到白热化，电子的动能增加到大于阳离子对它的吸引力( 逸出功) 时，电子就逃逸出去。

在紧靠灯丝处装上有孔的栅极( 也叫韦氏盖)，灯丝尖处于栅孔中心。

栅极上100~1000V 的负电场，使灯丝的电子发射达到一定程度时，不再能继续随温度增加而增加，即达到空间电荷的饱和（这种提法是错误的）。

离开栅极一定距离有一个中心有孔的阳极，在阳极和阴极间加有一个很高的正电压称为加速电压[1]，它使电子束加速而获得能量。

加速电压的范围在1~30kV，其值越大电子束能量越大，反之亦然。

加速电压的选用视样品的性质( 含导电性) 和倍率等来选定。

当样品导电性好且不易受电子束损伤时可选用高加速电压，这时电子束能量大对样品穿透深（尤其是低原子序数的材料）使材料衬度减小图像分辨率高。

但加速电压过高会产生不利因素，电子束对样品的穿透能力增大，在样品中的扩散区也加大，会发射二次电子和散射电子甚至二次电子也被散射，过多的散射电子存在信号里会出现叠加的虚影从而降低分辨率，目前我所用的扫描电子显微镜(TESCAN TS 5136MM) 的加速电压可在1~30kV 内任意调节，采用加速电压1~30 kV（见图1）。

材料科学：材料分析测试技术真题

材料科学：材料分析测试技术真题1、单选（江南博哥）洛伦兹因子中，第二几何因子反映的是（）A、晶粒大小对衍射强度的影响B、参加衍射晶粒数目对衍射强度的影响C、衍射线位置对衍射强度的影响D、试样形状对衍射强度的影响本题答案：B2、问答题简述X射线产生的基本条件。

解析：①产生自由电子；②使电子做定向高速运动；③在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物。

3、单选若H-800电镜的最高分辨率是0.5nm，那么这台电镜的有效放大倍数是（）。

A.1000；B.10000；C.40000；D.600000。

本题答案：C4、单选对于面心立方晶体，产生系统消光的晶面有（）A、200B、220C、112D、111本题答案：C5、问答题某一粉末相上背射区线条与透射区线条比较起来，其θ较高抑或较低？相应的d较大还是较小？解析：背射区线条与透射区线条比较θ较高，d较小。

产生衍射线必须符合布拉格方程2dsinθ=λ，对于背射区属于2θ高角度区，根据d=λ/2sinθ，θ越大d越小。

6、问答题什么叫“相干散射”、“短波限”？解析：相干散射，物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动。

这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。

新的散射波之间发生的干涉现象称为相干散射。

短波限，连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗尽能量所产生的X射线。

7、名词解释点分辨率与晶格分辨率解析：点分辨率是电镜能够分辨的两个物点间的最小间距；晶格分辨率是能够分辨的具有最小面间距的晶格像的晶面间距。

8、名词解释中心暗场像解析：用物镜光阑挡住透射束及其余衍射束，而只让一束强衍射束通过光阑参与成像的方法，称为暗场成像，所得图象为暗场像。

如果物镜光阑处于光轴位置，所得图象为中心暗场像。

9、单选要分析基体中碳含量，一般应选用（）电子探针仪，A.波谱仪型B.能谱仪型本题答案：A10、问答题磁透镜的像差是怎样产生的？如何来消除和减少像差？解析：像差分为球差，像散，色差.球差是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的.增大透镜的激磁电流可减小球差.像散是由于电磁透镜的周向磁场不非旋转对称引起的.可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿.色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的.稳定加速电压和透镜电流可减小色差.11、问答题产生X射线需具备什么条件？解析：实验证实：在高真空中，凡高速运动的电子碰到任何障碍物时，均能产生X射线，对于其他带电的基本粒子也有类似现象发生。

现代材料分析方法试题及答案

一、单项选择题（每题 2 分，共 10 分）1．成分和价键分析手段包括【 b 】（a）WDS、能谱仪（EDS）和 XRD （b）WDS、EDS 和 XPS（c）TEM、WDS 和 XPS （d）XRD、FTIR 和 Raman2．分子结构分析手段包括【 a 】（a）拉曼光谱（Raman）、核磁共振（NMR）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）（b）NMR、FTIR 和 WDS（c）SEM、TEM 和 STEM（扫描透射电镜）（d） XRD、FTIR 和 Raman3．表面形貌分析的手段包括【 d 】（a）X 射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM） (b) SEM 和透射电镜（TEM）(c) 波谱仪（WDS）和 X 射线光电子谱仪（XPS） (d) 扫描隧道显微镜（STM）和SEM4．透射电镜的两种主要功能：【 b 】（a）表面形貌和晶体结构（b）内部组织和晶体结构（c）表面形貌和成分价键（d）内部组织和成分价键5．下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括：【 c 】（a）–C-H、–OH 和–NH2 (b) –C-H、和–NH2,(c) –C-H、和-C=C- (d) –C-H、和 CO二、判断题（正确的打√，错误的打×，每题 2 分，共 10 分）1．透射电镜图像的衬度与样品成分无关。

（×）2．扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。

（√）3．透镜的数值孔径与折射率有关。

（√）4．放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。

（×）5．在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角速度的二倍。

（√）三、简答题（每题 5 分，共 25 分）1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关？为什么?和所用的信号种类和束斑尺寸有关，因为不同信号的扩展效应不同，例如二次电子产生的区域比背散射电子小。

束斑尺寸越小，产生信号的区域也小，分辨率就高。

2．原子力显微镜的利用的是哪两种力，又是如何探测形貌的？范德华力和毛细力。